[发明专利]半导体器件以及用于制造半导体器件的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以高速操作并具有低损耗和软恢复特性的半导体器件(诸如二极管或绝缘栅双极晶体管(IGBT))、以及用于制造该半导体器件的方法。

背景技术

功率半导体器件用于具有高效率和低功耗的功率转换器件(诸如转换器和逆变器)，并且对于控制旋转电机或伺服电机是必不可少的。功率控制器件要求低损耗、低功耗、高速操作、高效率、以及没有环境问题(即，对外界没有不利影响)的特性。为了满足具有低损耗和高效率的功率控制器件的需求，已提出了具有宽缓冲结构的二极管作为用于功率控制器件的经改进类型的二极管。宽缓冲结构是指其中n^-漂移层的杂质浓度分布在n^-漂移层的中心部分附近具有峰值(局部最大值)且具有包括杂质浓度分布倾斜以朝着阳极和阴极的方向下降的区域的宽缓冲区的结构。

具有宽缓冲结构的二极管允许降低相关技术的发射极注入效率、以及在高速操作(例如，载流子频率：大于或等于5kHz)中实现软恢复特性和防振荡效果，该实现在使用期限分布控制技术中是难以达到的。

已提出了使用氢致供体(hydrogen-induced donor)的方法作为制造具有宽缓冲结构的二极管的方法。在该方法中，浮区(FZ)体晶片用质子(氢离子，H⁺)照射以使质子H⁺到达通过一般的n型掺杂元素(磷或砷)离子注入法难以达到的n^-漂移层的深度、由此形成晶格缺陷，并且随后进行热处理。在该方法中，用质子的照射以及热处理使得供体(例如，称为氢致供体或与氢相缔合的供体)通过包括质子H⁺的缺陷络合物在晶片中的质子H⁺的射程Rp附近形成(例如，参见以下专利文献1(段落0020和0021)和以下专利文献2(摘要))。另外，已提出了其中氧被引入晶片且与氢致供体组合、由此形成高浓度宽缓冲区的方法(例如，参见以下专利文献3(段落0011))。

一般而言，对于硅(Si)功率半导体，从经济的角度使用比外延晶片便宜的FZ晶片来制造IGBT或二极管。另外，已知用中子束照射硅晶片以使用核嬗变将硅转换成作为稳定同位素的磷(P)、由此在晶片(在下文中称为中子照射晶片)中形成作为杂质的磷的方法在晶片中均匀地分布杂质时是有效的。中子照射晶片(例如，6英寸的晶片)的电阻率变化约为±8％。

作为形成中子照射晶片的方法，已提出了通过用质子H⁺的照射以及热处理来将质子H⁺改变成供体、并将浓度大于中子照射之前的晶片的供体注入n基区(n^-漂移层)的方法(例如，参见以下专利文献4)。

引用列表

专利文献

专利文献1：日本专利申请特许公开(JP-A)No.2003-318412

专利文献2：国际公开册No.WO2007/055352

专利文献3：JP-A No.2007-266233

专利文献4：JP-A No.2008-91853

发明的公开内容

本发明要解决的问题

然而，在根据相关技术的通过离子注入或热扩散来引入混合有原材料气体的杂质元素(气体掺杂)的FZ晶片中，电阻率变化大于中子照射晶片的电阻率变化，并且约为6英寸晶片中的±12％。大的电阻率变化直接影响击穿电压的变化。因此，重新检查击穿电压变化的下降是必要的。在具有非穿通结构的半导体器件的情况下，半导体器件的击穿电压V_B(V)可由以下表达式1表示。

[表达式1]

V_B＝W²/(0.29ρ₀)

在表达式1中，W是耗尽层的宽度(μm)，而ρ₀是硅晶片的电阻率(体电阻率)。在上述表达式1中，例如，在使用气体掺杂的FZ晶片制造的具有非穿通结构的半导体器件中，当电阻率ρ₀的变化为±12％时，击穿电压V_B的变化也是12％。除了击穿电压以外，开关特性的变化也是12％。当开关特性的变化为大于或等于12％时，保证对该器件的操作可能出现问题。将开关特性的变化减小到小于或等于12％的方法之一将电阻率变化减小到小于12％。例如，如上所述，为了减小电阻率变化，使用其电阻率通过将电阻率变化减小到小于±12％的中子照射来控制的中子照射晶片是有效的。